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广东工业大学何军教授团队最新AFM:高导电的金属-硫醇MOF,纳米化和异质结策略调控光催化产氢性能

日期: 来源:MOFs在线收集编辑:


光催化析氢反应(HER)是生产清洁可再生能源的关键步骤,可以减轻对化石燃料的依赖并能有效的应对气候变化和环境污染,对我国实现 “双碳”目标具有重要意义。理想的光催化剂应具氧化还原活性高,光吸收能力强,成本低以及稳定性好等特点。多功能性的硫醇-羧基组合,在配位网络的定向组装中表现出极大的优势,尤其是金属中心与硫醇通过极强的配位键所形成金属-硫醇网络,具有高导电性、充足的反应活性位点和丰富的载流子转移路径等优势。

近年来,广东工业大学何军教授研究团队长期专注于含硫MOF、COF材料的设计合成(近期代表性成果请见Nat. Commun.2022, 13, 6116; Coord. Chem. Rev. 2022, 450, 214235; Adv. Funct. Mater. 2023,2210717; Small, 2023, 2207266; ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 1070; Chin. Chem. Lett. 2022,33, 3227)。

基于前期报道高导电的金属-硫醇配位聚合物体系(Mater. Res. Lett., 2022, 10, 496-500),最近何军教授、钟礼匡博士联合新加坡科技研究局(A*STAR)徐政涛教授等人通过模板法将双金属的硫醇-羧酸配位网络M2DMBD-PL(M=Fe/Ni,DMBD=2,5-二巯基对苯二甲酸)纳米化,合成同构了的M2DMBD-NS纳米片。得益于M2DMBD-NS更高的比表面积和优异的溶液分散性,光催化产氢速率得到了明显的提升。之后,作者将M2DMBD-NS纳米片进一步插入CdS纳米片中构筑异质结复合材料,借助CdS优异的吸光能力,复合材料表现出比MOF纳米片更快的析氢速率,达到12.15 μmol mg−1 h−1

总之,利用Fe-Ni之间的协同作用,结合多功能性的硫醇-羧基组合构筑双金属网络,在原子层面可以通过调控Fe/Ni比例,优化催化中心活性;在形态层面可以通过纳米化与异质结策略,利用CdS与MOF的紧密接触,实现高效光催化产氢效率。该工作以题为“Nanoscaling and Heterojunction for Photocatalytic Hydrogen Evolution by Bimetallic Metal-Organic Frameworks”在国际顶级期刊《Adv. Funct. Mater.》上发表。

图1. M2DMBD的晶体网络结构
图2.M2DMBD-PL和M2DMBD-NS的制备策略
图3.Fe0.25Ni1.75DMBD-NS的基本表征
图4. M2DMBD的光催化性能
图 5. Fe2DMBD-NS, Ni2DMBD-NS 和Fe0.25Ni1.75DMBD-NS的XPS分析
图 6.基于[Fe2Ni4]模型的电子密度差异图
图 7. Fe0.25Ni1.75DMBD-NS@CdS 1:2的基本表征
图 8. 不同比例的Fe0.25Ni1.75DMBD-NS@CdS异质结材料光催化性能
文献信息:
Liangming Tang, Qia-Chun Lin, Zhixin Jiang, Jieying Hu, Zhiqing Liu, Wei-Ming Liao, Hua-Qun Zhou, Lai-Hon Chung*, Zhengtao Xu*, Lin Yu, Jun He*. Nanoscaling and Heterojunction for Photocatalytic Hydrogen Evolution by Bimetallic Metal-Organic Frameworks.
Adv. Funct. Mater., 2023, 2214450.
https://doi.org/10.1002/adfm.202214450

通讯作者简介
教授,博士生导师,广东省杰出青年基金获得者,广东省百千万青年工程拔尖人才,广东省重大人才工程团队核心成员,首批广东省高等学校优秀青年教师,广东省“千百十工程”培养对象,广东工业大学轻工化工学院副院长,化工材料学部学术分委员会副主任,“双带头人”党支部书记,国家基金、省基金等通讯评审专家,广东省科技咨询专家,广东工业大学培英育才计划第一层次人选,JACS, Angew等杂志长期审稿人,《广东工业大学学报》等期刊编委。主要围绕含硫MOF、COF的开发及其在高效制氢、CO2还原等能源催化及转换、环境保护等领域的应用开展研究。迄今为止在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater.等期刊上发表高水平SCI论文100余篇,申请美国专利1件和中国发明专利30余件,其中获得授权专利二十余件。先后主持国家自然科学基金、广东省自然科学基金重点项目、广东省杰出青年基金项目、对外合作项目、粤港合作项目、海外名师项目等15项;主持和参与企业委托的攻关项目十余项。部分成果已在企业产业化探索。Email:junhe@gdut.edu.cn

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